Операционная система Microsoft Windows 3.1 для программиста

2. Управление памятью

В этой главе мы рассмотрим механизм управления памятью в операционной системе Windows и функции программного интерфейса Windows, предназначенные для работы с оперативной памятью. Если вы раньше составляли программы только для операционной системы MS-DOS, система управления памятью, реализованная в Windows, может показаться вам очень сложной и запутанной. Однако в отличие от MS-DOS, операционная система Windows является мультизадачной и к тому же использует защищенный режим работы процессора. Все это не может не оказать влияние на сложность системы управления памятью.

До сих пор в наших приложениях мы почти не использовали функции управления памятью. Там же где это было абсолютно необходимо, мы получали у Windows буфер памяти с помощью хорошо знакомой вам из MS-DOS функции malloc. В некоторых случаях вы можете продолжать использовать эту функцию, однако для приложений Windows предусмотрены и другие, более мощные средства.

Защищенный режим работы процессора накладывает на приложения свои ограничения. Если программа, составленная для MS-DOS, имеет доступ к любому участку основной, расширенной или дополнительной памяти, а также к любому оборудованию компьютера (через порты ввода/вывода), приложение Windows поставлено в жесткие рамки. Например, приложение может работать только с теми блоками памяти, которые ей принадлежат или получены от операционной системы. Приложение не может выполнять запись в сегмент кода и не может передавать управление в сегмент данных. Что же касается портов ввода/вывода, то в расширенном режиме работы приложение, как правило, не имеет к ним непосредственного доступа. Если приложение попытается вывести данные в порт, это приведет к переключению задачи. Операционная система Windows проверит номер порта и, возможно, предоставит вам возможность что-нибудь в него записать. А возможно, что и не предоставит, выполнив вашу команду ввода/вывода как команду NOP.

Все указанные выше ограничения необходимы в мультизадачной среде. Если разрешить приложениям обращаться к любым участкам оперативной памяти, недостаточно хорошо отлаженное приложение сможет разрушить операционную систему или другое приложение, работающее параллельно. Если разрешить приложениям работать с портами ввода/вывода, может возникнуть конфликт из-за попытки двух приложений работать одновременно с одним периферийным устройством.

Однако приложение Windows, тем не менее, может делать все что угодно, если оно работает вместе с так называемым виртуальным драйвером или, как его еще называют, драйвером виртуального устройства ввода/вывода. Виртуальный драйвер - это особая разновидность драйверов в Windows. Виртуальные драйверы предназначены для создания виртуальных устройств ввода/вывода, предоставляемых в пользование параллельно работающим приложениям Windows и виртуальным машинам MS-DOS. Так как виртуальные драйверы работают непосредственно с аппаратурой, для них не действует большинство ограничений, накладываемых на приложения Windows. В частности, виртуальный драйвер может обращаться к любой области памяти, выполнять команды ввода/вывода и привилегированные команды процессора.

Поэтому, если создаваемое вами приложение должно работать с нестандартной аппаратурой в режиме реального времени, использовать канал прямого доступа к памяти или аппаратные прерывания, вы должны создать собственный виртуальный драйвер и поставлять его вместе с приложением. Для разработки драйверов вам необходимо приобрести Microsoft Driver Development Kit for Windows 3.1, в состав которого, кроме документации и исходных текстов некоторых стандартных драйверов входит специальная версия ассемблера и редактора связей, а также утилиты, необходимые для создания виртуальных драйверов.

Разработка драйверов для Windows - тема для отдельной книги, которая, возможно, еще будет нами написана. Сейчас мы хотели бы подчеркнуть, что в операционной системе Windows обычные приложения никогда не обращаются напрямую к аппаратуре и не работают с системными областями памяти, такими, как таблицы дескрипторов прерываний или видеопамять. Все это делают драйверы и виртуальные драйверы. Поэтому ограничения, накладываемые на обычные приложения Windows, никак не сказываются на функциональных возможностях самого приложения. Если ваша задача не решается в рамках обычного приложения, создайте свой драйвер и организуйте связь между драйвером и приложением. Если и драйвер не в силах сделать то, что вам нужно (стандартный драйвер, например, не может выполнять привилегированные команды процессора), создайте виртуальный драйвер, которому разрешено все. Пусть ваше приложение занимается выводом данных на экран и обработкой сообщений от клавиатуры и мыши, а драйвер работает с аппаратурой и выполняет "запретные" привилегированные команды процессора.

В расширенном режиме работы Windows приложения могут пользоваться так называемой виртуальной памятью. Виртуальная память позволяет создать иллюзию работы с оперативной памятью огромного размера - десятки и сотни мегабайт! Реально в физической памяти располагаются только те области виртуальной памяти, к которым чаще всего происходит обращение. Остальные области памяти (страницы памяти) хранятся на диске в специальном файле. Виртуальная память облегчает работу с очень большими массивами данных. Вы можете, например, получить у Windows буфер размером 10 Мбайт и заполнить его содержимым файла, затем выполнить сортировку этого буфера и записать результат в тот же самый или другой файл.

В документации, поставляющейся вместе с SDK, выделяются семь типов памяти, которые могут использоваться приложениями. Это статическая память, автоматическая память, локальная и глобальная память, память, резервируемая при регистрации класса окна, память, резервируемая при создании самого окна, и память, выделяемая для загрузки ресурсов. Вы должны научиться пользоваться всеми типами памяти, так как каждый из перечисленных выше типов памяти предназначен для решения своего круга задач.